KR20220039300A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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KR20220039300A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임과 만나는 상기 엔드 플레이트의 양측 하단 코너부에는 배수로가 형성된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버스바 간의 쇼트 방지를 위한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임 및 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함한다.
도 1은 종래 전지 모듈의 바닥부를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 도면이다. 도 3은 엔드 플레이트의 내측면을 바라본 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래 전지 모듈은, 전지셀 적층체를 수용하는모듈 프레임(20) 및 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(30)를 포함할 수 있다. 이때, 도 3 에 도시된 바와 같이, 엔드 플레이트에 별도의 수분 배출 구조가 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다. 전지 모듈에 수분 배출 구조가 존재하지 않을 경우, 외부에서 전지 모듈 내부로 수분이 유입될 수 있다. 또한 전지 모듈 내부로 유입된 수증기가 응축되어 응축수가 발생할 수 있다. 또한 전지셀로부터 전해액이 누액되어 모듈 프레임 내측에 누액된 전해액이 자리잡을 수 있다.
이와 같이 전지 모듈 내부에 액체가 발생할 경우, 전지셀들과 연결된 버스바가 액체에 의해 침지될 수 있으며, 침지된 버스바가 부식되면서 버스바 간의 쇼트(short) 현상이 발생할 수 있다. 쇼트 현상이 발생할 경우 쇼트로 인한 화재가 발생할 수 있으며, 전지 모듈의 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전지 모듈 내부의 액체를 배출하는 구조를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체; 상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고, 상기 모듈 프레임과 만나는 상기 엔드 플레이트의 양측 하단 코너부에는 배수로가 형성된다.
상기 배수로가 형성된 부분을 제외한 상기 엔드 플레이트와 상기 모듈 프레임이 만나는 부분은 용접으로 결합될 수 있다.
상기 배수로는 상기 엔드 플레이트의 하단 외측 코너부를 향해 제1 경사를 가지도록 형성되고, 상기 배수로와 연결되는 상기 엔드 플레이트의 내측 하단부는 상기 배수로를 향해 제2 경사를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 제1 경사는 상기 제2 경사보다 경사각이 더 클 수 있다.
상기 배수로는 상기 엔드 플레이트의 하단 내측 코너부에서 하단 외측 코너부를 향해 형성될 수 있다.
상기 엔드 플레이트의 가장자리에는 상기 모듈 프레임을 향해 돌출 형성된 테두리부가 형성되고, 상기 배수로는 상기 테두리부에 형성될 수 있다.
상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에는 절연 커버가 형성되고, 상기 엔드 플레이트의 내측 하단부는 상기 절연 커버의 하측에 형성될 수 있다.
상기 전지셀 적층체의 전후면에는 버스바 프레임이 형성되고, 상기 버스바 프레임은 상기 엔드 플레이트의 내측 하단부 상측 공간과 연결될 수 있다.
상기 버스바 프레임의 외측면에는 복수개의 버스바가 장착되고, 상기 복수개의 버스바는 상기 내측 하단부 상측 공간과 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지팩은 상기 전지 모듈 및 상기 전지 모듈의 상기 배수로와 연결된 배수 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은, 엔드 플레이트의 양측 하단 코너부에 배수로가 형성되어 전지 모듈 내부의 액체를 외부로 배출할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈의 바닥 부분을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 엔드 플레이트의 내측면을 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 바닥 부분을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 모듈 프레임 내부에 삽입되어 있는 부품들을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 B 부분을 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트 내측면을 보여주는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트 내측면을 보여주는 사시도이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배수로가 형성된 전지 모듈에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈의 바닥 부분을 나타낸 사시도이다. 도 5는 도 4의 모듈 프레임 내부에 삽입되어 있는 부품들을 나타낸 도면이다. 도 6은 도 4의 B 부분을 확대한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체(100), 전지셀 적층체(100)를 수용하는 모듈 프레임(200), 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(300)를 포함한다.
전지셀은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체(100)를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
모듈 프레임(200)은 전지셀 적층체(100)를 수용한다. 모듈 프레임(200)을 통해 모듈 프레임(200)의 내부에 수용된 전지셀 적층체(100)를 물리적으로 보호할 수 있다.
버스바 프레임(500)은 전지셀 적층체(100)의 전후면을 커버하도록 형성되어, 전지셀 적층체(100)의 전후면에 위치하고 복수의 전지셀로부터 연장 형성된 전극 리드들과 연결될 수 있다. 보다 상세하게는, 버스바 프레임(500)의 외측면에 장착된 복수의 버스바(510)에 버스바 프레임(500)을 관통하여 연장된 전극 리드들이 결합됨으로써 전지셀들과 버스바(510) 간에 전기적으로 연결될 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 전지셀 적층체(100)를 기준으로 버스바 프레임(500)의 외측에 각각 형성되어, 전지셀 적층체(100) 및 버스바 프레임(500)을 커버하도록 형성될 수 있다. 버스바 프레임(500)은 도 8에 도시된 엔드 플레이트(300)의 내측 하단부(313)와 연결될 수 있다.
엔드 플레이트(300)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임(500), 전지셀 적층체(100) 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호하고, 동시에 전지셀 적층체(100)와 외부 전원과의 전기적 연결을 안내할 수 있다. 엔드 플레이트(300)와 버스바 프레임(500) 사이에는 도 8에 도시된 절연 커버(400)가 삽입될 수 있다. 절연 커버(400)는 버스바 프레임(500)과 외부와의 전기적 연결을 차단하여 전지 모듈의 절연 성능을 확보할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 모듈 프레임(200)과 만나는 엔드 플레이트(300)의 양측 하단 코너부(310)에는 배수로(L)가 형성될 수 있다. 배수로(L)를 통해 전지 모듈 내부의 액체를 외부로 배출할 수 있다.
종래에는 전지 모듈에 액체 배출 구조가 별도로 마련되지 않아, 전지 모듈 내부에 액체가 쌓일 경우 전지셀들과 연결된 버스바가 액체에 의해 침지될 수 있으며, 침지된 버스바가 부식되면서 버스바 간의 쇼트(short) 현상이 발생할 수 있다. 쇼트 현상이 발생할 경우 쇼트로 인한 화재가 발생할 수 있으며, 전지 모듈의 성능이 저하될 수 있다.
이에 본 실시예에 따르면 엔드 플레이트(300)의 양측 하단 코너부(310)에 배수로(L)를 형성하고, 배수로(L)를 통해 전지 모듈 내부의 액체를 외부로 배출할 수 있게 됨으로써, 버스바 간의 쇼트 현상을 방지할 수 있다. 또한 버스바를 제외한 모듈 내부 전장품이 액체로 인해 침수되는 현상도 방지할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배수 구조를 보다 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트 내측면을 보여주는 평면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔드 플레이트 내측면을 보여주는 사시도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 전지 모듈에서, 엔드 플레이트(300)와 모듈 프레임(200)이 만나는 부분은 용접으로 결합될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 용접 라인은 배수로(L)가 형성된 부분을 제외하고 형성될 수 있다. 즉, 엔드 플레이트(300)와 모듈 프레임(200)의 결합시 배수로(L)가 형성된 부분을 제외하고 나머지 만나는 부분을 용접으로 결합시킬 수 있다. 엔드 플레이트(300)의 양측 하단 코너부(310)와 모듈 프레임(200)의 코너부 부분은 종래에도 용접이 이루어지지 않는 부분으로, 배수로(L)의 형성으로 인해 엔드 플레이트(300)와 모듈 프레임(200)간 용접 결합력이 저하되지 않을 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 배수로(L)는 엔드 플레이트(300)의 하단 내측 코너부(311)에서 하단 외측 코너부(312)를 향해 제1 경사(S1)를 가지도록 형성될 수 있다. 또한 배수로(L)와 연결되는 엔드 플레이트(300)의 내측 하단부(313)는 배수로(L)를 향해 제2 경사(S2)를 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 제1 경사(S1)는 제2 경사(S2)보다 경사각이 더 클 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제2 경사(S2)는 2도의 구배가 적용될 수 있다. 전지 모듈의 내부에 형성된 액체가 중력에 의해 엔드 플레이트(300)의 내측 하단부(313)에 모일 수 있는데, 이때 내측 하단부(313)의 제2 경사(S2)가 배수로(L)가 위치한 방향으로 2도의 경사를 가지도록 형성됨으로써, 내측 하단부(313)에 모인 액체가 내측 하단부(313)를 타고 흘러 배수로(L)로 유입될 수 있다. 배수로(L)의 제1 경사(S1)는 내측 하단부(313)의 제2 경사(S2)보다 경사각이 더 크므로, 배수로(L)로 유입된 액체는 제2 경사(S2)로 형성된 배수로(L)를 타고 전지 모듈의 외부로 배출될 수 있다.
엔드 플레이트(300)의 가장자리에는 모듈 프레임(200)을 향해 돌출 형성된 테두리부(320)가 형성되고, 배수로(L)는 테두리부(320)에 형성될 수 있다. 도 8을 참조하면, 배수로(L) 및 내측 하단부(313) 상측 공간은 절연 커버(400)의 하단부와 연결될 수 있다. 따라서 절연 커버(400)의 표면에 맺힌 응축수 등이 중력에 의해 절연 커버(400)의 표면을 타고 절연 커버(400)의 하측에 형성된 내측 하단부(313) 상에 흘러내린 뒤, 다시 내측 하단부(313)의 제2 경사(S2)를 타고 배수로(L)로 유입될 수 있다.
도 5에 도시된 버스바 프레임(500) 또한 도 7 및 도 8에 도시된 배수로(L) 및 내측 하단부(313) 상측 공간과 연결될 수 있다. 따라서 버스바 프레임(500)의 표면에 맺힌 응축수 등이 중력에 의해 버스바 프레임(500) 및 버스바 프레임(500)의 외측에 장착된 복수의 버스바(510)의 표면을 타고 버스바 프레임(500)의 하측에 형성된 내측 하단부(313) 상에 흘러내린 뒤, 다시 내측 하단부(313)의 제2 경사(S2)를 타고 배수로(L)로 유입될 수 있다.
도 8을 참조하면, 전지 모듈의 배수로(L)의 밖에는 배수 장치(D)가 형성될 수 있다. 배수 장치(D)는 배수로(L)와 연결되어 배수로(L)로 배출된 액체를 수집하여, 적어도 하나의 전지 모듈이 장착된 전지 팩의 외부로 상기 액체를 배출할 수 있다.
상기 전지 팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
200: 모듈 프레임
300: 엔드 플레이트
310: 양측 하단 코너부
L: 배수로
311: 하단 내측 코너부
312: 하단 외측 코너부
313: 내측 하단부
320: 테두리부
400: 절연 커버
500: 버스바 프레임
510: 버스바
D: 배수 장치
S1: 제1 경사
S2: 제2 경사

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 모듈 프레임; 및
    상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트를 포함하고,
    상기 모듈 프레임과 만나는 상기 엔드 플레이트의 양측 하단 코너부에는 배수로가 형성되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 배수로가 형성된 부분을 제외한 상기 엔드 플레이트와 상기 모듈 프레임이 만나는 부분은 용접으로 결합되는 전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 배수로는 상기 엔드 플레이트의 하단 외측 코너부를 향해 제1 경사를 가지도록 형성되고, 상기 배수로와 연결되는 상기 엔드 플레이트의 내측 하단부는 상기 배수로를 향해 제2 경사를 가지도록 형성되는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 경사는 상기 제2 경사보다 경사각이 더 큰 전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 배수로는 상기 엔드 플레이트의 하단 내측 코너부에서 하단 외측 코너부를 향해 형성된 전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 엔드 플레이트의 가장자리에는 상기 모듈 프레임을 향해 돌출 형성된 테두리부가 형성되고,
    상기 배수로는 상기 테두리부에 형성되는 전지 모듈.
  7. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체와 상기 엔드 플레이트 사이에는 절연 커버가 형성되고,
    상기 엔드 플레이트의 내측 하단부는 상기 절연 커버의 하측에 형성되는 전지 모듈.
  8. 제1항에서,
    상기 전지셀 적층체의 전후면에는 버스바 프레임이 형성되고,
    상기 버스바 프레임은 상기 엔드 플레이트의 내측 하단부 상측 공간과 연결되는 전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 버스바 프레임의 외측면에는 복수개의 버스바가 장착되고, 상기 복수개의 버스바는 상기 내측 하단부 상측 공간과 연결되는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈; 및
    상기 전지 모듈의 상기 배수로와 연결된 배수 장치를 포함하는 전지팩.
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